电磁控制运动装置

电磁控制运动装置摘要：本单摆的控制系统采用K60单片机作为主控系统，bts7960作为电机动模块，角度传感器MMA7361提供一个模拟量给单片机，单片机通过AD再给电机驱动模块一个PWM信号从而控制线圈电流方向，使单摆按规定来回摆动。硬件部分主要包括：bts7960电机驱动，5V电源，3.3V电源，单片机最小系统。关键词：K60QC12864关键词：K60QC12864（液晶）BTS7960（驱动） MMA7361L（角度传感器）引言：该系统采用K60单片机为核心控制；通过BTS7960电机驱动控制电压从而控制电流大小和方向，并能够通过键盘设定角度和周期递进；通过加速度传感器检测和返回角度，用A/D采集，并在QC12864上显示；特点：单片机控制电磁系统，控制电路简单，可靠性高，操作方便。将检测、模数转换、显示为一体化，感受电与磁的特性关系。一、设计任务和要求1、设计任务设计并制作一套电磁控制运动装置，该装置由电磁控制装置、摆杆等部分构成。装置外形尺寸要求不能大于：长300mm、宽300mm、高300mm，摆杆支撑轴中心点到摆杆底端的长度规定在100mm〜150mm范围内；装置结构示意图如图1和图2所示。

摆杆支撑轴摆角指针运动摆杆磁铁电磁控制装置摆角指示刻度盘支架图2电磁摆杆支撑轴摆角指针运动摆杆磁铁电磁控制装置摆角指示刻度盘支架图2电磁5制运动装置侧面示意图2、设计要求基本要求：按下启动按钮，由静止点开始，控制摆杆摆动。由静止点开始，控制摆杆在指定的摆角(10°〜45。范围内)连续摆动，摆动摆角绝对误差^5°，响应时间^15so由静止点开始，按指定周期(0.5s〜2s范围内)控制摆杆连续摆动，摆动周期绝对误差值^0.2s，响应时间^15so在摆杆连续摆动的情况下，按下停止按钮，控制摆杆平稳地停在静止点上，停止时间^10so二、方案比较和论证1、 传感器的选择方案1:采用电容或磁阻角度传感器，一般需要电量转换及A/D转换等处理，电路复杂。方案2：MMA7361LC是低功耗、低轮廓电容、微机械型加速度计，具有信号调节，一级低通滤波器具有温度补偿，自我测试。以上方法来看，角度传感器体积小，使用方便，故选用角度传感器。2、 电机驱动的选择方案1：MC33886是全桥的电机驱动芯片，电流最高5A，发热量较大。

方案2：BTS7960是半桥驱动芯片，就是说需要2个芯片来驱动一个电机，电流最高43A，其内阻很小，所以散热不是很厉害。因此，我们选择了7960。3、摆动框架的选择方案1：采用木板做摆杆，材料方便，制作简单，但木板质量较小，在做类似于单摆的往复运动时，空气阻力对其影响较大，增大了系统误差。方案2：采用亚克力板做摆杆，抗冲击力强，是普通玻璃的十六倍，适合安装在特别需要安全的地带，质重轻，因此我们选择了亚克力板。三、系统硬件设计为了使系统能够实现各种复杂的控制功能，本设计采用高速度低功耗性价比的单片机K60完成对其他部分的控制。本设计采用mma7361角度传感器对摆杆的倾斜角度的采集数据，通过K60单片机内部自带的A/D转换将数据送给单片机，单片机通过数据分析控制bts7960驱动电路，使驱动输出不同的电流方向来控制单摆的运动，用12864液晶显示A/D的数据，总体框图如图3所示。1、总体电路框图液晶显角度传感A/D采集驱动电路电磁控制装置摆角及周期角度传感A/D采集驱动电路电磁控制装置摆角及周期2、单元电路设计电源部分：采用2940稳压源5V给液晶供电，1117-3.3V给单片机供电。如图4：

按键部分：我们通过相应的按键对应单摆的不同运动方式，我们选用了4*4矩阵键盘，如图5：图5电机驱动：通过电机驱动得到的电压信号输出不同的电压值，是线圈得到不同的电流方向，从而控制单摆的摆角、响应时间、周期。BTS7960电路如图6：GNDINGNDINHSROUTBvccBTS756C1DK2f也 MA 号4Speedvcc[Speedvcc[GNDGNDGNDSpaedvcc[1DKAYlok3-/■A r3INGNDINHSROUTBVCCBTS7P6Cl：；dF2KGND声光提示部分：当摆杆稳定运行20秒后发出声、光提示，如图8：四、系统软件设计流程:五：结果和讨论表1：摆角控制实验结果检测次数预设摆角实测摆角误差周期时间110215320430540表1结论：本系统主要以单片机K60为主要控制芯片，采用角度传感器mma7361采集角度信号，运用PWM控制电机驱动，进一步控制线圈的电流方向，从而改变单摆的运动轨迹，在设计过程中，力求硬件电路简单，稳定使用，可靠性强，充分发挥软件设计的有事----编